Los ingenieros eléctricos de la Universidad de Duke han ideado un método de bajo costo para localizar de forma pasiva fuentes de ondas de radio, como Wi-Fi y señales de comunicación celular.
Su técnica podría conducir a dispositivos económicos que pueden encontrar dispositivos de ondas de radio como teléfonos celulares o emisores de Wi-Fi, o cámaras que capturan imágenes usando las ondas de radio que ya rebotan a nuestro alrededor.
Los resultados aparecen en línea el 12 de mayo en la revista óptica .
"En este artículo, logramos imágenes espectrales de fuentes de ruido de microondas, lo que significa que podemos ubicar fuentes de radio y microondas, como antenas, al mismo tiempo que caracterizamos las frecuencias sobre las que emiten", dijo Aaron Diebold, una investigación en ingeniería eléctrica e informáticaasistente de Duke, quien dirigió la investigación: "En frecuencias ópticas, eso sería como obtener una imagen en color de un objeto caliente como un quemador de estufa. Si bien es bastante simple desde el punto de vista óptico, se requieren diferentes técnicas en el régimen de radio y microondas".
La localización de fuentes de este tipo de ondas ya es posible, pero las técnicas y los equipos requeridos son complejos. Estos dispositivos tradicionalmente usan una serie de muchas antenas pequeñas y hambrientas de energía que hacen que estos dispositivos se vuelvan voluminosos y costosos.son mucho más grandes que las ondas de luz, los métodos utilizados en frecuencias ópticas son prohibitivamente complejos y darían como resultado detectores extremadamente grandes y otra maquinaria.
En el nuevo documento, los investigadores recurren a los metamateriales en su lugar. Los metamateriales son materiales sintéticos compuestos de muchas características de ingeniería individuales, que juntas producen propiedades que no se encuentran en la naturaleza a través de su estructura en lugar de su química. En este caso, el metamaterial es una colecciónde cuadrados que contienen cables incrustados en formas específicas que se pueden sintonizar dinámicamente para interactuar con las ondas de radio que pasan a través de ellos.
Al tener algunos cuadrados que permiten el paso de ondas de radio y otros que los bloquean, los investigadores pueden crear lo que se conoce como apertura codificada.
"Utilizamos los diferentes patrones para codificar datos en una sola medición, lo que aumenta la intensidad de la señal en relación con lo que obtendría con una sola antena pequeña", dijo Mohammadreza Imani, un científico investigador de Duke que se unirá a ArizonaState University como profesor asistente en ingeniería eléctrica e informática más adelante este año. "También utilizamos los metamateriales para 'estampar' las diferentes frecuencias de los datos, lo que nos permite separarlos".
Para comprender cómo una apertura codificada aumenta la señal, considere el experimento de la escuela primaria de mirar un eclipse solar usando un agujero perforado en cartón para crear una imagen en la acera. Como cualquiera que haya hecho esto sabe, cuanto más pequeño seaagujero, cuanto más nítido es el detalle del eclipse. Pero un agujero más pequeño también lo hace más oscuro y más difícil de ver.
La solución es hacer muchos pequeños agujeros para crear una serie de eclipses, y luego usar una computadora para reconstruirlos en una sola imagen. De esta manera obtienes la nitidez del pequeño agujero con el brillo de un gran agujero.La clave está en conocer el patrón de los agujeros, también conocido como la apertura codificada, que los investigadores controlan con los metamateriales.
Los metamateriales también modulan varias frecuencias de manera diferente a medida que pasan a través de la apertura codificada, lo que permite a los investigadores deducir las frecuencias de las ondas que se detectan.
Los investigadores demostraron la utilidad de este enfoque en el documento. Primero mostraron que pueden "ver" e identificar la forma de las ondas de radio emitidas por una antena con forma de cara sonriente. Luego mostraron que su sistema puede funcionar en elmundo real localizando fuentes de ondas de radio en tres dimensiones una con respecto a la otra.
Los investigadores planean continuar refinando sus métodos con la esperanza de poder eventualmente tomar "fotos" de objetos y escenas con nada más que las ondas de radio que rebotan en ellos.
"La imagen pasiva ocurre en situaciones en las que no controlas la fuente, como tomar una foto usando la luz del sol o las bombillas", dijo David R. Smith, Profesor Distinguido James B. Duke de Ingeniería Eléctrica e Informática enDuke. "En las frecuencias de microondas, hay muchas señales que rebotan constantemente. Estas ondas de RF ambientales podrían proporcionar suficiente iluminación para que un generador de imágenes de metasuperficie pueda reconstruir imágenes utilizando las técnicas descritas en esta investigación".
Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea FA9550-18-1-0187.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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